Qué es un sensor de CO2: cómo funciona y sus aplicaciones

El dióxido de carbono o gas CO2 es un gas inodoro e incoloro que se puede formar durante diferentes procesos como la respiración, la combustión y la descomposición orgánica. Así, la medida del gas CO2 es importante en la monitorización de los procesos de combustión, los niveles ecológicos de emisión de gas CO2 de la calidad del aire interior, el funcionamiento de los pulmones en procedimientos médicos, etc. Por lo tanto, el dióxido de carbono se puede medir mediante la técnica NDIR (infrarrojo no dispersivo), de lo contrario, la tecnología electroquímica de precisión. Estos tipos de sensores se utilizan en muchas industrias, como la farmacéutica, la de alimentos, la de bebidas, la de refrigeración y la cervecera. Por lo tanto, este artículo trata de una descripción general de lo que es un sensor de dióxido de carbono o sensor de CO2 y funciona con aplicaciones.


Índice de Contenido
  1. ¿Qué es un sensor de dióxido de carbono?
    1. Principio de funcionamiento
    2. Tipos de sensores de Co2
    3. Sensor de CO2 de combustión catalítica
    4. Sensor de CO2 NDIR
    5. Sensor de CO2 semiconductor
    6. Diagrama del circuito del sensor de CO2
    7. Diagrama del circuito del sensor de CO2
    8. Ventajas
    9. Desventajas
    10. Aplicaciones de los sensores de CO2

¿Qué es un sensor de dióxido de carbono?

La definición de sensor de CO2 es que un instrumento utilizado para detectar el contenido de gas CO2 en el aire o sus alrededores se conoce como sensor de dióxido de carbono. Una vez que el instrumento detecta el contenido de gas CO2, genera una alarma para que las personas puedan tomar las medidas adecuadas.

sensor de gases CO2

Este tipo de sensor juega un papel vital para lograr una buena situación ambiental para la audiencia. Las áreas de aplicación de los sensores de CO2 incluyen principalmente diferentes industrias como la cerveza, el carbón, las plantaciones agrícolas, la agricultura y la vida cotidiana de las personas.

Principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento del sensor de CO2 es similar al de los detectores infrarrojos de hidrocarburos. Generan un haz de luz infrarroja sintonizado a una frecuencia exacta que es fácilmente absorbida por las moléculas de CO2. La principal diferencia entre el sensor de CO2 y el detector de hidrocarburos IR es la selección de la longitud de onda y el filtro IR.

Dado que cada molécula de CO2 es absorbida por una porción de luz infrarroja, la cantidad de absorción es proporcional al porcentaje de CO2 disponible en el aire circundante. Estos sensores de CO2 utilizan ventanas de zafiro para proteger los elementos emisores y receptores de infrarrojos de daños causados ​​por gases ácidos que pueden estar presentes en la atmósfera ambiental.

Tipos de sensores de Co2

Los sensores de CO2 están disponibles en diferentes tipos, como combustión no dispersiva, electroquímica, semiconductora y catalítica.

Sensor electroquímico de CO2

Es un tipo de sensor químico, utilizado para transformar la concentración de dióxido de carbono en una señal eléctrica a través de una reacción electroquímica. Según la detección de señales eléctricas, el tipo de electroquímico se separa en diferentes tipos, como tipo actual, capacitivo y potencial.

Una vez que el gas CO2 ingresa al sensor, responde químicamente al sensor. Cuando ocurre esta reacción, el sensor de CO2 sufrirá un cambio eléctrico.

Sensor electroquímico de CO2
Sensor electroquímico de CO2

Por lo tanto, según el tipo particular de sensor, la retroalimentación puede hacer que el sensor de CO2 reciba una corriente eléctrica, cambie una corriente existente o cambie la capacidad del sensor para transportar corriente. Después de eso, este sensor determinará la cantidad de gas utilizado en función del cambio.

Sensor de CO2 de combustión catalítica

Este tipo de sensor de co2 está disponible con un elemento base de tipo catalizador que utiliza el revestimiento del catalizador en la cara de un tipo particular de resistencia. El gas inflamable a una temperatura particular se quema catalíticamente en la superficie como el principio del sensor de dióxido de carbono. Entonces la gente llama a este sensor de CO2 un sensor de combustión térmica. Estos sensores son mejorados y ampliamente utilizados en diferentes industrias como sensores confiables.

Sensor de combustión catalítica
Sensor de combustión catalítica

Sensor de CO2 NDIR

El término "NDIR" significa infrarrojo no dispersivo, que utiliza longitudes de onda de luz específicas para calcular la cantidad de CO2 en el aire. Cada elemento en la Tierra simplemente absorbe tipos particulares de luz.
Una vez que el aire ingresa al sensor de gas, enciende un conjunto de luces en una de las longitudes de onda particulares del CO2, generalmente alrededor de 4 micrones en un extremo del sensor.

Sensor de CO2 NDIR
Sensor de CO2 NDIR

El otro lado contendrá un contenedor que calculará la cantidad de luz que llega al otro lado. Cuando la luz está encendida, el CO2 del aire absorbe los rayos. Por lo tanto, la cantidad de luz que llega al otro lado del sensor de CO2 disminuye. La cantidad de luz absorbida depende principalmente de la cantidad de CO2 disponible. Si hay más CO2, se absorberá más luz.

Sensor de CO2 semiconductor

Este sensor se puede fabricar con la reacción de oxidación-reducción del gas en la superficie del semiconductor para modificar el valor de resistencia del elemento sensible. Una vez que el dispositivo semiconductor se calienta a un nivel particular, absorbe moléculas de gas que entran en contacto con la superficie del semiconductor. Así estas moléculas son absorbidas, se difunden libremente sobre la superficie de los semiconductores y pierden su energía de movimiento.

Sensores de gas de estado sólido
Sensores de gas de estado sólido

Algunas de las moléculas de gas desaparecerán y otras moléculas restantes se descompondrán térmicamente y serán absorbidas por la superficie del semiconductor. Una vez que la función de trabajo del semiconductor es pequeña en comparación con las moléculas absorbidas, estas moléculas eliminarán los electrones del dispositivo semiconductor y la superficie del dispositivo semiconductor proporcionará una capa de carga. Si la función de trabajo del semiconductor es mayor que las moléculas de energía absorbidas, estas moléculas descargarán electrones al dispositivo para formar absorción de iones positivos.

Diagrama del circuito del sensor de CO2

Este diagrama de circuito de CO2 se utiliza para medir el dióxido de carbono (CO2) y los compuestos orgánicos volátiles totales (TVOC) en el aire. En esta interfaz, el CCS811 se utiliza como un sensor de gas digital para detectar una amplia gama de TVOC y CO2 equivalente con niveles de óxido metálico.

Anteriormente hablamos sobre el sensor de gas MQ135, pero el sensor de gas CCS811 es capaz de medir los niveles de CO2 y TVOC en el aire. Por lo tanto, es el mejor sensor para medir estos dos parámetros y también tiene algunas características destacadas como tamaño pequeño, consumo de energía ultra bajo, utilizado en dispositivos portátiles y portátiles para monitorear la calidad del aire.

Aquí diseñamos un medidor de CO2 y TVOC basado en un sensor de gas CCS811 con una placa Arduino. Entonces, utilizando la biblioteca Arduino CCS811, se escribe un código que se utiliza para recuperar los valores de TVOC y CO2 y los valores se mostrarán en la pantalla OLED.

Los componentes necesarios de esta interfaz incluyen principalmente cualquier placa Arduino como UNO R3, Nano, sensor de CO2 TVOC, OLED, cables de puente, etc.

Configuración de pines

La configuración del pin del sensor de gas CCS811 incluye lo siguiente.

  • Pin1 (CCV): Este pin usa 3.3V para alimentar la placa.
  • Pin2 (tierra): Este es un pin GND.
  • Clavija 3 (SCL): Este es el pin de reloj I2C tirado a VCC a través de una resistencia de 10K.
  • Clavija 4 (SDA): Este es el pin de datos I2C conectado a VCC a través de una resistencia de 10K.
  • Pin5 (DESPERTAR): Este es el pin de activación del sensor de CO2.
  • Pin6 (INT): Este es el pin de interrupción o/p.
  • Pin7 (primero): Este es el pin de reinicio.
  • Pin8 (AÑADIR): Este es un pin de bit de selección de dirección única que se utiliza para permitir que se elija la dirección alternativa.

Diagrama del circuito del sensor de CO2

Lo que sigue Interfaz de sensores gas CS811 con placa Arduino El gráfico se utiliza para medir los niveles de TVOC y CO2 en el aire. Las conexiones de este circuito son las siguientes.

Interfaz del sensor de gas CCS811 con la placa Arduino
Interfaz del sensor de gas CCS811 con la placa Arduino

Primero, conecte los pines Vin y GND del sensor de gas CCS811 a los pines 3.3V y GND de la placa Arduino
El voltaje requerido para operar este sensor es 3.6 voltaje.

Conecte los pines SDA y SCL de los sensores a los pines A4 y A5 de la placa Arduino respectivamente. El pin WAKE del sensor CCS811 está conectado al pin GND de Arduino. Si dejamos el pin WAKE vacío, el controlador no puede leer la dirección de I2C.

La biblioteca de sensores de gas CCS811 se utiliza principalmente para conectar el sensor de gas CCS811 con la placa Arduino. Entonces, esta biblioteca está escrita simplemente por Sparkfun y Adafruit. Entonces podemos usar cualquiera de las bibliotecas descargándolas de los sitios.

Aquí, la biblioteca de Adafruit se utiliza para recuperar los valores de CO2 y TVOC. Aquí se conecta una pantalla OLED adicional al circuito anterior. Y al usar la biblioteca OLED, puede mostrar el valor de CO2 y TVOC en la pantalla OLED.

El diagrama de circuito de la pantalla OLED con sensor CCS811 y Arduino se muestra a continuación. Aquí, las conexiones de la placa Arduino y el sensor CCS811 serán las mismas. Conecte los pines SDA y SCL de la pantalla OLED a los pines A4 y A5 del Arduino y conecte el pin VCC a 3.3V y el pin GND a GND.

Pantalla OLED con CCS811 y Arduino
Pantalla OLED con CCS811 y Arduino

El código completo para la pantalla OLED y el sensor de gas CCS811 que interactúa con la placa arduino se proporciona a continuación.

#incluye "Adafruit_CCS811.h"
#comprender
#comprender
#comprender

#define SCREEN_WIDTH 128 // Ancho de pantalla OLED, en píxeles
#define SCREEN_HEIGHT 64 // Altura de la pantalla OLED, en píxeles
#define OLED_RESET -1 // Restablecer pin # (o -1 si se comparte el pin de reinicio de Arduino)
Pantalla Adafruit_SSD1306 (PANTALLA_ANCHO, PANTALLA_ALTO, &Cable, OLED_RESET);

Adafruit_CCS811 cc;

configuración vacía ()
{
Serie.begin(9600);
pantalla.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C); // inicialización con dirección I2C 0x3C (128×64)
retraso (500);
pantalla.clearDisplay();
mostrar.setCursor(25, 15);
mostrar.establecerTamañoTexto(1);
pantalla.setTextColor(BLANCO);
pantalla.println("Sensor CCS811");
mostrar.setCursor(25, 35);
mostrar.establecerTamañoTexto(1);
display.print("Inicialización");
pantalla.pantalla();

Serial.println("Prueba CCS811");

si (!ccs.begin())
{
Serial.println("¡Error al iniciar el sensor! Por favor revise su cableado.");
mientras (1);
}

// Espere a que el sensor esté listo
while (!ccs.disponible());
}

bucle vacío()
{
si (ccs.disponible())
{
si (!ccs.readData())
{
Serial.print("CO2: ");
Serial.print(ccs.geteCO2());
Serial.print("ppm, TVOC: ");
Serial.println(ccs.getTVOC());

pantalla.clearDisplay();
mostrar.establecerTamañoTexto(1);
mostrar.setCursor(20, 0);
display.print("Calidad del aire");

mostrar.establecerTamañoTexto(2);
mostrar.setCursor(0, 20);
pantalla.print("CO2:");
mostrar.imprimir(ccs.geteCO2());
mostrar.establecerTamañoTexto(1);
mostrar.imprimir(”ppm”);

mostrar.establecerTamañoTexto(2);
mostrar.setCursor(0, 45);
display.print(“TVOC:”);
mostrar.imprimir(ccs.getTVOC());
pantalla.pantalla();
}
otro
{
Serial.println("¡ERROR!");
pantalla.clearDisplay();
mostrar.establecerTamañoTexto(2);
mostrar.setCursor(0, 5);
pantalla.print("¡ERROR!");
mientras (1);
}
}
retraso (1000);
}
Una vez que se descarga el código anterior, la pantalla OLED comenzará a mostrar los valores de CO2 y TVOC. Con fines de prueba, podemos introducir gas cerca.

Ventajas

los beneficios del sensor de co2 Incluya lo siguiente.

  • Las ventajas de los sensores de CO2 de estado sólido son una estructura estable, una respuesta rápida y una fuerte resistencia ambiental.
  • Las ventajas del sensor NDIR CO2 incluyen principalmente una velocidad de análisis rápida, alta sensibilidad, larga vida útil y buena estabilidad.
  • Las ventajas del sensor de CO2 de combustión catalítica son una respuesta rápida, una medición precisa y una respuesta rápida.
  • Las ventajas de los sensores electroquímicos de CO2 incluyen principalmente un menor costo, operación simple y velocidad de medición rápida.

Desventajas

los desventajas del sensor de co2 Incluya lo siguiente.

  • Las desventajas de los sensores electroquímicos de CO2 incluyen principalmente la pérdida de precisión, la deriva fácil, la vida corta, el envejecimiento fácil y la medición precisa solo alterada por otros gases.
  • La desventaja de los sensores de CO2 de combustión catalítica es el pequeño rango de gas seleccionable.
  • Las desventajas del sensor NDIR CO2 incluyen principalmente; el consumo de energía es alto, la estructura es complicada y costosa.
  • Las desventajas del sensor de CO2 de estado sólido son: solo se ve afectado por la temperatura, la lectura se verá afectada por otras sustancias en el aire, etc.

Aplicaciones de los sensores de CO2

los aplicaciones de un sensor de CO2 Incluya lo siguiente.

  • Industrias de seguridad.
  • HVAC / Industrias de calidad del aire interior.
  • Aplicaciones de la investigación universitaria.
  • Ciencias de la vida e industrias médicas.
  • Prueba de extinción de incendios.
  • Industrias aeroespaciales.
  • Industrias del transporte.
  • Aplicaciones industriales.
  • MAP (Envasado en Atmósfera Modificada).
  • Industrias agrícolas.
  • Minería.
  • Gasificación.
  • Calidad del aire interior.
  • Biogás.
  • HVAC.
  • Vertedero.
  • Envasado en Atmósfera Modificada (MAP).
  • Carbono orgánico total (COT).
  • Control de procesos.
  • Horticultura en un ambiente controlado.
  • Almacenamiento en atmósfera controlada.

es por lo tanto un descripción general de un sensor de dióxido de carbono o un sensor de CO2 y cómo funciona con aplicaciones. Hay muchos sensores de gas disponibles como MG811, LP8, ACD10, etc. Aquí hay una pregunta para ti, ¿qué es un alcoholímetro?

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